低溫環(huán)境下，金屬材料通常易于變脆并導(dǎo)致災(zāi)難性事故。110年前泰坦尼克號(hào)災(zāi)難性斷裂事故正是由于鋼在低溫下抗斷裂能力不足造成的，盡管這是現(xiàn)代工業(yè)文明中的悲劇，但也促進(jìn)了斷裂力學(xué)和材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。此后，為防止此類悲劇再次發(fā)生，選擇具有優(yōu)異低溫韌性的材料已成為低溫承載應(yīng)用的重要先決條件。然而，大多數(shù)金屬材料隨溫度降低呈現(xiàn)出韌性下降的趨勢(shì)，在低溫下尋找高韌性合金仍然是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。最近，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所張鵬研究員和張哲峰研究員應(yīng)Science期刊邀請(qǐng)，發(fā)表了題為“Getting tougher in the ultra-cold”的評(píng)論文章，對(duì)超低溫環(huán)境下金屬材料韌化探索的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了評(píng)論，并提出了金屬材料強(qiáng)韌化三個(gè)原則。該評(píng)論文章于2022年12月1日在線發(fā)表(Vol. 378, Issue 6623, pp. 947)。 　　金屬材料的斷裂韌性代表了裂紋在材料中擴(kuò)展至斷裂所消耗的能量。在韌性材料中，該能量由表面能與塑性功組成，且塑性功是決定斷裂韌性大小的關(guān)鍵。對(duì)于具有優(yōu)異拉伸強(qiáng)度、塑性的金屬而言，其塑性功通常較高，可以展現(xiàn)出優(yōu)異的斷裂韌性。張哲峰研究團(tuán)隊(duì)前期基于Cu合金拉伸斷裂性能研究發(fā)現(xiàn)：降低層錯(cuò)能可以同步提升其拉伸強(qiáng)度與塑性，并在大量面心立方金屬材料（如TWIP鋼、奧氏體不銹鋼、高熵合金等）中得以驗(yàn)證。通過(guò)第一原理計(jì)算模擬，提出了同步提高面心立方金屬?gòu)?qiáng)度-塑性的三個(gè)原則：I）彈性模量高：可確保金屬原子間結(jié)合力足夠大，避免解理斷裂發(fā)生；II）層錯(cuò)能低：可提高金屬塑性變形均勻性和塑性功；III）FCC相穩(wěn)定性：確保不會(huì)因發(fā)生相變導(dǎo)致脆性斷裂。上述三個(gè)原則近期得到了美國(guó)Ritchie教授Science文章(Vol. 378, Issue 6623, pp. 978)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。他們發(fā)現(xiàn)具有較高彈性模量的CrCoNi系面心立方中、高熵合金，在液氦環(huán)境下使層錯(cuò)能降低，實(shí)現(xiàn)了多級(jí)協(xié)同變形機(jī)制，并具有較高的FCC相穩(wěn)定性，從而在20K超低溫下獲得了超高的斷裂韌性459 MPam1/2。 　　提出金屬材料強(qiáng)韌化原則可為篩選、制備具有優(yōu)異強(qiáng)韌性金屬材料提供指導(dǎo)方向，通過(guò)與機(jī)器學(xué)習(xí)及第一原理模擬相結(jié)合，可避免無(wú)休止地盲目實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，為更高效地開發(fā)新型強(qiáng)韌性合金提供設(shè)計(jì)依據(jù)。